本文是一篇关于面向空间应用的耐辐照有源光纤研究进展的特邀综述，发表于《中国激光》2020年第47卷第5期。文章由中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室的邵冲云、于春雷和胡丽丽共同撰写。文章系统地总结了稀土掺杂有源光纤在太空辐射环境中的研究现状，重点探讨了有源光纤辐致暗化机理、影响其耐辐射特性的因素以及提高其耐辐射性能的方法。
稀土掺杂有源光纤激光器或放大器因其重量轻、体积小、电光转换效率高等优点，在空间激光通讯、激光雷达、太空垃圾处理及军事等领域具有重要应用价值。然而，太空中的高能粒子辐射（如γ射线、电子、中子等）会导致稀土掺杂有源光纤的辐射诱导损耗（RIA）急剧增加，严重影响其长期稳定性。常规稀土掺杂有源光纤的辐射诱导损耗比非稀土掺杂无源光纤高出1000倍以上，这为空间应用的光纤激光器或放大器的设计带来了巨大挑战。因此，研究耐辐照有源光纤的机理、影响因素及改进方法具有重要的科学意义和应用价值。
太空是一个微重力、高真空、温差大（±200℃）、强辐射的复杂环境。太空中的辐射源主要包括带电粒子（如质子、α粒子、电子等）、不带电粒子（如中子）以及电磁波（如γ射线、X射线等）。不同粒子的穿透能力和电离能力差异显著，其中高能电磁辐射（如X射线和γ射线）的穿透能力极强，是影响有源光纤耐辐射特性的主要因素。由于物理屏蔽方法会增加激光器的质量，因此提高有源光纤材料的耐辐照特性是解决这一问题的根本途径。
石英光纤因其低损耗、抗电磁干扰、传输光波长范围宽等优点，广泛应用于信息传输、传感、光谱分析等领域。然而，太空中的高能粒子辐射会导致石英光纤的辐射诱导损耗、辐射诱导发光、辐射诱导折射率变化以及辐射诱导涂覆层降解等问题，严重影响其性能。特别是稀土掺杂有源光纤的辐射敏感性远高于无源光纤，如何提高其耐辐射性能是当前研究的重点。
文章从三个方面详细介绍了耐辐照有源光纤的研究进展： 1. 有源光纤辐致暗化机理：粒子辐照与石英玻璃的相互作用主要包括原子移位和电离破坏。电离破坏是主要机制，导致电子型色心和空穴型色心的形成，进而引起辐射诱导损耗。稀土离子的价态变化（如Yb³⁺→Yb²⁺）和氧空穴色心的形成是导致有源光纤辐致暗化的主要原因。 2. 影响有源光纤耐辐射特性的因素：主要包括光纤参数（如纤芯、包层成分、涂覆层材料、制备工艺等）、环境参数（如辐射粒子种类、总剂量、剂量率、温度等）以及应用参数（如泵浦结构、泵浦波长、泵浦功率等）。光纤参数是影响耐辐射特性的最主要因素，其中纤芯成分的影响尤为显著。 3. 提高有源光纤耐辐射特性的方法：通过优化光纤的纤芯成分（如减少杂质元素、调整掺杂元素比例）、改进光纤结构（如采用光子晶体光纤）、优化制备工艺（如降低拉丝温度、减少拉丝张力）等方法，可以有效提高有源光纤的耐辐射性能。
文章最后对耐辐照有源光纤的未来研究方向进行了展望，指出需要进一步深入研究稀土离子变价机制、色心形成机理以及光纤结构对耐辐射性能的影响。此外，开发新型耐辐射光纤材料、优化光纤制备工艺以及探索新的辐射防护方法也是未来研究的重点。
本文综述了面向空间应用的耐辐照有源光纤的研究进展，系统总结了辐致暗化机理、影响因素及改进方法，为未来耐辐照有源光纤的研究和应用提供了重要的理论指导和实践参考。该研究不仅具有重要的科学价值，还为空间激光通讯、激光雷达等领域的应用提供了技术支持。